JP2001274272A

JP2001274272A - 光半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2001274272A
Application number: JP2000082221A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shinchi; 修一新地
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】封止用ガラスの熱膨張係数を球状ガラス部材の
それに整合させて、気密封止の信頼性を向上させ、また
環境保護の観点からも好適な光半導体パッケージとする
こと。【解決手段】容器本体１の貫通孔１ａに挿入固定される
固定部材５の内側に挿入され、封止用ガラス７を介して
固定された球状レンズ部材６を具備する光半導体パッケ
ージにおいて、封止用ガラス７は、ガラス成分として五
酸化燐を３５〜５５重量％、一酸化錫を２０〜４０重量
％、酸化亜鉛を１０〜２０重量％、酸化アルミニウムを
２〜４重量％、酸化珪素を１〜３重量％、および酸化硼
素を１〜６重量％含み、フィラーとしてコーディエライ
トを１０〜１５重量％含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＤ（半導体レー
ザ），ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を気
密に封止して収納するための光半導体素子収納用パッケ
ージであって、封止用ガラスを溶融してレンズ部材を固
定するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図１（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うな封止用ガラスを溶融してレンズ部材を固定する光半
導体素子収納用パッケージ（以下、光半導体パッケージ
という）が用いられている。この光半導体パッケージ
は、５０アロイ｛Ｆｅ５０ｗｔ（重量）％−Ｎｉ５０ｗ
ｔ％合金｝等の金属材料から成り、その上面の略中央部
にＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子２を収容する空所を形成
するための開口（凹部）を有する箱状の容器本体１と、
５０アロイ等の金属部材から成り、容器本体１の側壁の
貫通孔１ａに挿入固定され、側壁の外側端部より光ファ
イバーが挿入固定される筒状の金属製固定部材（以下、
固定部材という）５と、容器本体１の上面に取着され、
光半導体素子２を気密に封止する蓋体８とを有して成
る。

【０００３】また、容器本体１の外側面には、光半導体
素子２と外部電気回路との電気的接続を行うための、鉄
（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等
の金属からなるリード端子３が硼珪酸系ガラス等から成
る封止用ガラス４を介して溶着され、固定部材５の内側
には封止用ガラス７で固定された球状レンズ部材６が取
着されている。

【０００４】この容器本体１及び固定部材５は、外表面
に酸化腐食を防止するとともに各部接合用のロウ材の濡
れ性を改善するＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層が順次施さ
れている。筒状の固定部材５は容器本体１の貫通孔１ａ
の内側にＡｕ−Ｓｎ合金ロウ材等の低融点のロウ材で取
着されている。

【０００５】球状レンズ部材６は硼珪酸系ガラスから成
り、一般に９×１０^-6／℃程度の線熱膨張係数を有して
いる。この固定部材５の内側に球状レンズ部材６を固定
するための封止用ガラス７は、酸化鉛（ＰｂＯ）を５６
〜６６重量％、酸化硼素（Ｂ ₂Ｏ₃）を４〜１４重量％、
酸化珪素（ＳｉＯ₂）を４〜１４重量％、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を０．５〜３重量％含むガラス成分に、フィラー
としてコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５Ｓ
ｉＯ₂）系化合物を５〜１０重量％、チタン酸錫（Ｓｎ
ＴｉＯ₃）系化合物を５〜１０重量％添加したものが使
用されている。この封止用ガラス７の線熱膨張係数は９
×１０^-6／℃程度であり、球状レンズ部材６の線熱膨張
係数に整合されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体パッケージにおいては、球状レンズ部材６
の封止用ガラス７に酸化鉛系ガラスを使用していたた
め、球状レンズ部材６を固定部材５に接合した後固定部
材５表面に外装メッキ層（Ｎｉメッキ層，Ａｕメッキ
層）を施す際に、メッキ液へ封止用ガラス７の鉛成分が
溶解し、Ａｕメッキ層の半田濡れ性等の接合特性を損ね
るという不具合が発生していた。そのため、球状レンズ
部材６の封止用ガラス７による固着を外装メッキ層の形
成前に行うことが困難だった。そこで、固定部材５の全
面に外装メッキ層を施した後球状レンズ部材６の接合を
行い、その際封止用ガラス７とＡｕメッキ層との濡れ性
が悪いことから、球状レンズ部材６の接合部のＡｕメッ
キ層を研削除去した後に封止用ガラス７の溶着を行う必
要があった。従って、製造工程が複雑になり生産性の低
下を招いていた。

【０００７】また、固定部材５をＡｕ−Ｓｎロウ材等で
容器本体１の貫通孔１ａに接合する際に、球状レンズ部
材６接合用の封止用ガラス７の再溶融による光軸のズレ
を防止するために、封止用ガラス７の軟化点は３５０℃
以上であることが必要であり、その結果封止用ガラス７
の溶融温度は４００℃以上と高くなり、封止用ガラス７
を加熱溶融させると固定部材５の外装メッキ層が下地の
Ｎｉメッキ層の拡散により劣化していた。そして、外装
メッキ層が劣化しているため、固定部材５を容器本体１
の貫通孔１ａにロウ材で接合させようとすると、その接
合部の接着強度の低下を招いていた。その結果、光半導
体パッケージ内の気密封止が破れ、内部に収容する光半
導体素子２を長期間にわたり正常かつ安定に作動させる
ことができないという問題点を誘発していた。

【０００８】また、近時の地球環境保護の動きから酸化
鉛は環境負荷物質に指定されており、鉛硼酸系の低温封
止ガラスを光半導体パッケージに使用しない動きが始ま
っている。

【０００９】従って、本発明の目的は、鉛不含有の封止
用ガラスを用いることで、メッキ液へ封止用ガラスの鉛
成分が溶解するのを防止し、その結果Ａｕメッキ層の半
田濡れ性等の接合特性を損ねることがなく、また球状レ
ンズ部材の封止用ガラスによる接合を外装メッキ層の形
成前に行うことができるため、製造工程が簡略化されて
効率的に生産可能なものとなるとともに、封止用ガラス
を加熱溶融させた際に固定部材の外装メッキ層が下地の
Ｎｉメッキ層の拡散により劣化するのを解消し得るよう
にすることである。さらに、特定のフィラーを添加する
ことで、封止用ガラスの熱膨張係数を球状ガラス部材の
それに整合させて、気密封止の信頼性を向上させ、また
環境保護の観点からも好適なものとすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子収
納用パッケージは、上面に開口が形成され内部に光半導
体素子が収容されるとともに側部に貫通孔が設けられた
容器本体と、前記貫通孔に挿入固定され、前記側部の外
側端部より光ファイバーが挿入固定される筒状の金属製
固定部材と、該金属製固定部材の内側に挿入され封止用
ガラスを介して固定された球状レンズ部材または半球状
レンズ部材と、前記容器本体の上面に取着され、前記光
半導体素子を気密に封止する蓋体とから成る光半導体パ
ッケージであって、前記封止用ガラスは、ガラス成分と
して五酸化燐を３５〜５５重量％、一酸化錫を２０〜４
０重量％、酸化亜鉛を１０〜２０重量％、酸化アルミニ
ウムを２〜４重量％、酸化珪素を１〜３重量％、および
酸化硼素を１〜６重量％含み、フィラーとしてコーディ
エライトを１０〜１５重量％含むことを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、鉛不含有の
封止用ガラスを用いることで、固定部材の外装メッキ層
被着用のメッキ液へ封止用ガラスの鉛成分が溶解するの
を防止し、その結果Ａｕメッキ層の半田濡れ性等の接合
特性を損ねることがない。また、球状レンズ部材の封止
用ガラスによる接合を外装メッキ層の形成前に行うこと
ができるため、製造工程が簡略化されて効率的に生産可
能なものとなるとともに、封止用ガラスを加熱溶融させ
た際に固定部材の外装メッキ層が下地のＮｉメッキ層の
拡散により劣化するのを解消し得る。さらに、特定のフ
ィラーを添加することで、封止用ガラスの熱膨張係数を
球状ガラス部材のそれに整合させて、気密封止の信頼性
を向上させ、また環境保護の観点からも好適な光半導体
パッケージとなる。

【００１２】本発明において、好ましくは、前記フィラ
ーの平均粒径が３〜９μｍであることを特徴とする。こ
れにより、封止用ガラスの低温での流動性を保持でき、
また封止用ガラスの接合強度を向上させ得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体パッケージにつ
いて以下に説明する。本発明の光半導体パッケージ全体
の基本構成は図１のものと同様である。本発明の光半導
体パッケージは、５０アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金），Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、その上面の略
中央部にＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子２を収容する空所
を形成するための開口（凹部）を有する箱状の容器本体
１と、５０アロイ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属部材
から成り、容器本体１の側部（側壁）の貫通孔１ａに挿
入固定され、側壁の外側端部より光ファイバー（図示せ
ず）が挿入固定される筒状の固定部材５と、５０アロ
イ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属部材から成り、容器
本体１の上面に取着され、光半導体素子２を気密に封止
する蓋体８とを有して成る。

【００１４】また、容器本体１の外側面には、光半導体
素子２と外部電気回路との電気的接続を行うための、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるリード端子３が硼
珪酸系ガラス等から成る封止用ガラス４を介して溶着さ
れ、リード端子３の光半導体パッケージ内部側の端部は
ボンディングワイヤ等を介して光半導体素子２の電極に
接続される。固定部材５の内側には、封止用ガラス７で
固定された球状レンズ部材６または半球状レンズ部材が
取着される。

【００１５】この容器本体１および固定部材５は、外表
面に酸化腐食を防止するとともに各部接合用のロウ材の
濡れ性を改善するＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層が順次被
着されている。筒状の固定部材５は、容器本体１の貫通
孔１ａの内側にＡｕ−Ｓｎ合金ロウ材等の低融点の金属
ロウ材で取着されている。球状レンズ部材６は硼珪酸系
ガラス等のガラス材料から成り、９×１０^-6／℃程度の
線熱膨張係数を有する。

【００１６】本発明において、容器本体１は図１のよう
な一体的に構成された箱状のものに限らず、板状の基体
（底板）と、その基体上面に光半導体素子２を囲むよう
に接合された枠体とから構成されていてもよい。

【００１７】本発明の封止用ガラス７は鉛不含有の低融
点ガラス（融点４３０〜５００℃程度）から成り、その
組成および組成範囲は、ガラス成分として五酸化燐（Ｐ
₂Ｏ₅）を３５〜５５重量％、一酸化錫（ＳｎＯ）を２０
〜４０重量％と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を１０〜２０重量
％、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を２〜４重量％、酸
化珪素（ＳｉＯ₂）を１〜３重量％、酸化硼素（Ｂ
₂Ｏ₃）を１〜６重量％含み、フィラーとしてコーディエ
ライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）を１０〜
１５重量％含むものであり、各成分を上記組成範囲とし
たのは以下の理由による。

【００１８】五酸化燐が３５重量％未満では、封止用ガ
ラス７の軟化溶融温度が高くなり、封止用ガラス７を加
熱溶融させて気密封止する際に球状ガラス部材６の軟化
変形、熱膨張等の熱変形による応力および残留応力が大
きくなり、その光学特性が劣化し易くなる。五酸化燐が
５５重量％を超えると、封止用ガラス７の耐薬品性が劣
化し気密封止の信頼性が低下する。

【００１９】一酸化錫が２０重量％未満では、封止用ガ
ラス７の軟化溶融温度が高くなり、封止用ガラス７を加
熱溶融させて気密封止する際に球状ガラス部材６の軟化
変形、熱変形による応力および残留応力が大きくなり、
その光学特性が劣化し易くなる。一酸化錫が４０重量％
を超えると、封止用ガラス７の耐薬品性が劣化し気密封
止の信頼性が低下する。

【００２０】酸化亜鉛が１０重量％未満では、封止用ガ
ラス７の軟化溶融温度が高くなり、封止用ガラス７を加
熱溶融させて気密封止する際に球状ガラス部材６の軟化
変形、熱変形による応力および残留応力が大きくなり、
その光学特性が劣化し易くなる。酸化亜鉛が２０重量％
を超えると、封止用ガラス７の結晶化が進行し過ぎて、
低温での気密封止が困難となる。

【００２１】酸化アルミニウムが２重量％未満では、封
止用ガラス７の耐候性（耐湿性）が劣化し、気密封止の
信頼性が低下する。酸化アルミニウムが４重量％を超え
ると、封止用ガラス７の軟化溶融温度が高くなり、封止
用ガラス７を加熱溶融させて気密封止する際に球状ガラ
ス部材６の軟化変形、熱変形による応力および残留応力
が大きくなり、その光学特性が劣化し易くなる。

【００２２】酸化珪素が１重量％未満では、封止用ガラ
ス７の熱膨張係数が大きくなり、球状ガラス部材６との
熱膨張係数の整合がとれなくなる。酸化珪素が３重量％
を超えると、封止用ガラス７の軟化溶融温度が高くな
り、封止用ガラス７を加熱溶融させて気密封止する際に
球状ガラス部材６の軟化変形、熱変形による応力および
残留応力が大きくなり、その光学特性が劣化し易くな
る。

【００２３】酸化硼素が１重量％未満では、封止用ガラ
ス７の軟化溶融温度が高くなり、封止用ガラス７を加熱
溶融させて気密封止する際に球状ガラス部材６の軟化変
形、熱変形による応力および残留応力が大きくなり、そ
の光学特性が劣化し易くなる。酸化硼素が６重量％を超
えると、封止用ガラス７の耐薬品性が劣化し気密封止の
信頼性が低下する。

【００２４】コーディエライトが１０重量％未満では、
封止用ガラス７の熱膨張係数が大きくなり、球状レンズ
部材６および固定部材５との熱膨張係数の整合がとれな
くなり、球状レンズ部材６に不要な応力が発生した状態
となり、その光学特性が劣化するとともに、気密封止の
信頼性が低下する。コーディエライトが１５重量％を超
えると、封止用ガラス７の熱膨張係数が小さくなり、球
状レンズ部材６および固定部材５との熱膨張係数の整合
がとれなくなり、球状レンズ部材６に不要な応力が発生
した状態となり、その光学特性が劣化するとともに、気
密封止の信頼性が低下する。

【００２５】コーディエライトからなるフィラーの平均
粒径は３〜９μｍが良く、３μｍ未満では、封止用ガラ
ス７の低温での流動性が劣化して、低温での気密封止が
困難になる。フィラーの平均粒径が９μｍを超えると、
封止用ガラス７の接合強度が低下して、気密封止の信頼
性が低下する。

【００２６】この封止用ガラス７の軟化点は３５０℃以
上がよく、その場合Ａｕ−Ｓｎ合金ロウ材等の低融点の
ロウ材で固定部材５を容器本体１に接合する際に、封止
用ガラス７の再溶融が発生しないものとなる。

【００２７】また、封止用ガラス７の溶着温度、即ち融
点は４３０〜５００℃程度が好ましく、５００℃を超え
ると球状レンズ部材６の軟化変形、熱変形による応力お
よび残留応力により光学特性が劣化し易くなる。融点が
４３０℃未満では、その軟化点が３５０℃未満になり易
くなる。

【００２８】上記組成および組成範囲の封止用ガラス７
は、線熱膨張係数が８×１０^-6〜１０×１０^-6／℃とな
り、球状レンズ部材６の線熱膨張係数の約９×１０^-6／
℃に整合させることが容易になる。従って、封止用ガラ
ス７の線熱膨張係数は８×１０^-6〜１０×１０^-6／℃で
あることが好ましい。

【００２９】また、封止用ガラス７の厚さは０．１５〜
０．３５ｍｍ程度が好ましく、０．１５ｍｍ未満では、
封止用ガラス７の体積が不充分なため球状レンズ部材６
の周りに溶融時の封止用ガラス７のメニスカスが充分に
形成されず、そのため球状レンズ部材６の接合強度が不
充分となる。０．３５ｍｍを超えると、封止用ガラス７
の体積が過多となり、球状レンズ部材６のレンズ面に封
止用ガラス７が広がり過ぎて球状レンズ部材６の光透過
性等の光学特性が低下する。なお、この場合の封止用ガ
ラス７の厚さは、球状レンズ部材６表面における平均厚
さ、または固定部材５表面における平均厚さとするのが
よい。それは、図１（ｃ）に示すように、封止用ガラス
７は、その接合部でメニスカスを形成するため、厚さが
一様ではないためである。

【００３０】本発明のコーディエライトはコーディエラ
イト単体またはコーディエライトを主成分とするもので
あり、コーディエライトを主成分とするものの場合他の
微量成分を含んでいてもよい。

【００３１】かくして、本発明は、上記の組成範囲の鉛
不含有の封止用ガラスを用いることによって、固定部材
の外装メッキ層被着用のメッキ液へ封止用ガラスの鉛成
分が溶解するのを防止し、その結果Ａｕメッキ層の半田
濡れ性等の接合特性を損ねることがない。また、球状レ
ンズ部材の封止用ガラスによる接合を外装メッキ層の形
成前に行うことができるため、製造工程が簡略化されて
効率的に生産可能なものとなるとともに、封止用ガラス
を加熱溶融させた際に固定部材の外装メッキ層が下地の
Ｎｉメッキ層の拡散により劣化するのを解消し得る。さ
らに、特定のフィラーを添加することで、封止用ガラス
の熱膨張係数を球状ガラス部材のそれに整合させて、気
密封止の信頼性を向上させ、また環境保護の観点からも
好適なものとなる。

【００３２】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変
更を行っても何ら差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、容器本体の貫通孔に挿入固定
される固定部材の内側に挿入され、封止用ガラスを介し
て固定された球状または半球状レンズ部材を具備する光
半導体パッケージにおいて、封止用ガラスは、ガラス成
分として五酸化燐を３５〜５５重量％、一酸化錫を２０
〜４０重量％、酸化亜鉛を１０〜２０重量％、酸化アル
ミニウムを２〜４重量％、酸化珪素を１〜３重量％、お
よび酸化硼素を１〜６重量％含み、フィラーとしてコー
ディエライトを１０〜１５重量％含むことにより、鉛不
含有の封止用ガラスを用いることで、固定部材の外装メ
ッキ層被着用のメッキ液へ封止用ガラスの鉛成分が溶解
するのを防止し、その結果Ａｕメッキ層の半田濡れ性等
の接合特性を損ねることがない。

【００３４】また、球状レンズ部材の封止用ガラスによ
る接合を外装メッキ層の形成前に行うことができるた
め、製造工程が簡略化されて効率的に生産可能なものと
なるとともに、封止用ガラスを加熱溶融させた際に固定
部材の外装メッキ層が下地のＮｉメッキ層の拡散により
劣化するのを解消し得る。さらに、特定のフィラーを添
加することで、封止用ガラスの熱膨張係数を球状ガラス
部材のそれに整合させて、気密封止の信頼性を向上さ
せ、また環境保護の観点からも好適な光半導体パッケー
ジとなる。従って、光半導体パッケージ内の気密封止を
完全とし、内部に収容する光半導体素子を長期間にわた
り正常かつ安定に作動させることが可能となる。

【００３５】本発明は、好ましくは、フィラーの平均粒
径が３〜９μｍであることにより、封止用ガラスの低温
での流動性を保持でき、また封止用ガラスの接合強度を
向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体パッケージを示し、（ａ）は
光半導体パッケージの斜視図、（ｂ）は光半導体パッケ
ージの断面図、（ｃ）は球状レンズ部材と固定部材の断
面図である。

【符号の説明】

１：容器本体２：光半導体素子３：リード端子４：封止用ガラス５：固定部材６：球状レンズ部材７：封止用ガラス８：蓋体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 BA03 BA12 CA13 DA05 DA06 DA36 4G062 AA08 AA09 BB09 DA03 DB03 DC03 DD05 DD06 DE04 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FB01 FC01 FD01 FE04 FE05 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 PP06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に開口が形成され内部に光半導体素子
が収容されるとともに側部に貫通孔が設けられた容器本
体と、前記貫通孔に挿入固定され、前記側部の外側端部
より光ファイバーが挿入固定される筒状の金属製固定部
材と、該金属製固定部材の内側に挿入され封止用ガラス
を介して固定された球状または半球状レンズ部材と、前
記容器本体の上面に取着され、前記光半導体素子を気密
に封止する蓋体とから成る光半導体パッケージであっ
て、前記封止用ガラスは、ガラス成分として五酸化燐を
３５〜５５重量％、一酸化錫を２０〜４０重量％、酸化
亜鉛を１０〜２０重量％、酸化アルミニウムを２〜４重
量％、酸化珪素を１〜３重量％、および酸化硼素を１〜
６重量％含み、フィラーとしてコーディエライトを１０
〜１５重量％含むことを特徴とする光半導体素子収納用
パッケージ。
【請求項２】前記フィラーの平均粒径が３〜９μｍであ
ることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用
パッケージ。